Verbund

RAPID - Risikobewertung bei präpandemischen respiratorischen Infektionserkrankungen

Das Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) löst schwere Infektionen der Atemwege aus. Der Erreger wurde im Jahr 2012 während einer tödlich verlaufenen viralen Lungenentzündung in Saudi-Arabien entdeckt. Spezifische Behandlungsoptionen existieren bis heute nicht. Bis zu 30 Prozent der Infizierten versterben. Die Infektion ist normalerweise selten. Sie wird in der Regel durch Kontakt mit Dromedaren erworben, die im Mittleren Osten und in Teilen Afrikas eines der Haupt-Nutztiere sind. Mensch-zu-Mensch Übertragungen kommen jedoch vor und führen dann zu größeren Ausbrüchen. Das Virus ist bisher nicht gut auf den Menschen als Wirt angepasst. Mutationen, die eine höhere Ansteckungsgefahr und in der Folge eine Pandemie bewirken können, werden jedoch befürchtet. MERS-CoV zählt daher zu den derzeit bedrohlichsten, sogenannten „präpandemischen“ Infektionserregern.

Für eine effiziente Bekämpfung präpandemischer Erreger ist es essentiell, dass der öffentliche Gesundheitsdienst zu soliden Einschätzungen von Ausbruchsverläufen gelangt. Das Forschungskonsortium hat daher das Ziel, am Beispiel von MERS-CoV Handlungszwänge und Forschungsfragen für den Öffentlichen Gesundheitsdienst zu adressieren. Insbesondere sollen Ansätze entwickelt werden, die es der Wissenschaft und dem öffentlichen Gesundheitswesen ermöglichen, den Ausbruch präpandemischer Viren früher zu erkennen und ihre Umwandlung zu Pandemieerregern zu verhindern. Darüber hinaus soll in Zusammenarbeit mit Partnern in Saudi-Arabien an einem Impfstoff für Wirtstier und Mensch gearbeitet werden.

Der Verbund ist Teil des Nationalen Forschungsnetzes zoonotische Infektionskrankheiten. Dabei wird insbesondere der „One Health“-Ansatz (gleichzeitige Berücksichtigung human- und veterinärmedizinischer Aspekte) und der Transfer der Ergebnisse in die Anwendung des öffentlichen Gesundheitsdienstes verfolgt.

Teilprojekte

Untersuchung der funktionalen Diversität von zirkulierenden Varianten des MERS-Coronavirus mit Hilfe unterschiedlich komplexer in vitro-Kulturmodelle und reverser Genetik

Förderkennzeichen: 01KI1723A
Gesamte Fördersumme: 990.193 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2022
Projektleitung: Prof. Dr. Christian Drosten
Adresse: Charité, Universitätsmedizin Berlin, Institut für Medizinische Virologie
Charitéplatz 1
10117 Berlin

Untersuchung der funktionalen Diversität von zirkulierenden Varianten des MERS-Coronavirus mit Hilfe unterschiedlich komplexer in vitro-Kulturmodelle und reverser Genetik

Diese Vorhabenbeschreibung fasst die Arbeiten von TP1, TP6 und TP7 zusammen. Die Phänotypen bereits sequenzierter und isolierter oder revers-genetisch hergestellter Varianten des MERS-Coronavirus aus vergangenen Ausbrüchen werden in unterschiedlich komplexen in vitro-Kulturmodellen untersucht. Dazu werden Zelllinien (TP1), Atemwegsepithel (TP6) und Lungengewebe (TP7) menschlichen Ursprungs mit Virusvarianten infiziert und deren Phänotypen bestimmt. Es sollen genetische virale Marker und zelluläre Antworten auf die Infektion bestimmt werden, die sich eignen, das pandemische Potenzial neuartiger respiratorischer Viren zu beurteilen. Zusätzlich werden Zelllinien und Atemwegsepithel mit ausgeschaltetem oder herunterreguliertem Interferonsystem generiert, die zur verbesserten Virusisolierung verwendet werden sollen. In den Zelllinien wird hierzu das CRISPR/Cas9-System und im Atemwegsepithel der shRNA-vermittelte knock-down angewandt. Ein revers-genetisch hergestelltes MERS-Coronavirus, das nur noch über unzureichende Korrekturlesefähigkeiten verfügt und deshalb stark attenuiert ist, wird verwendet, um in den genannten in vitro-Kulturmodelle passagiert und adaptiert zu werden. So sollen genetische Marker des Virus bestimmt werden, die zur verbesserten Replikation im Menschen führen. Zusammenfassend soll ein Repertoire an Werkzeugen zur in vitro-Beurteilung des pandemischen Potenzials neuer und neuartiger respiratorischer Viren etabliert werden. Für die Verwendung in einem RNAi-"loss-of-function"-Screening wird ein GFP-exprimierendes MERS-Coronavirus hergestellt.

Einsatz von Hochdurchsatztechnologien zur Identifikation Virus-spezifischer Wirtsfaktoren, welche eine essentielle Rolle für virale Replikation, Übertragbarkeit und Zelltropismus spielen

Förderkennzeichen: 01KI1723B
Gesamte Fördersumme: 349.500 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Prof. Dr. Thomas F. Meyer
Adresse: Max-Planck-Gesellschaft (MPG), vertreten durch das Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie
Charitéplatz 1
10117 Berlin

Einsatz von Hochdurchsatztechnologien zur Identifikation Virus-spezifischer Wirtsfaktoren, welche eine essentielle Rolle für virale Replikation, Übertragbarkeit und Zelltropismus spielen

Ein Grundpfeiler der Pandemie-Präventionsforschung muss Ansätze beinhalten, welche eine Vorhersage über die Kompatibilität von tierischen Viren mit dem menschlichen Wirt erlaubt. Ein umfassender Überblick über die Interaktion des Virus mit für ihn essentiellen Wirtsfaktoren bildet eine solide Basis für das Verständnis der viralen Pathogenese und, resultierend, der Übertragbarkeit zwischen verschiedenen Wirtsspezies. Jüngste RNA-Interferenz-Studien (loss-of-function screens), haben erste Einblicke in die Rolle zellulärer funktioneller Knotenpunkte während der intrazellulären Pathogenreplikation gegeben. Sie bilden den Ausgangspunkt für das geplante Projekt. Studien deuten auf Gemeinsamkeiten hinsichtlich der Infektionsstrategien verschiedener Viren hin. Mit der Entwicklung des CRISPR/Cas9-Systems, das eine sequenzspezifische Abschaltung oder Aktivierung von einzelnen Genen ermöglicht, steht eine weitere leistungsstarke Methode zur Identifikation von viralen Angriffszielen/essentiellen Wirtsfaktoren zur Verfügung. Diese Technologien werden virusspezifisch etabliert und zur Identifikation von zellulären Faktoren verwendet, die für die Replikation von MERS-CoV sowie weiteren neu auftretenden zoonotischen Viren von fundamentaler Bedeutung sind. Die erhobenen Daten werden dann einer systembiologischen Analyse unterzogen und sollen so Einblicke in mechanistische Gemeinsamkeiten und Unterschiede verschiedener Viren liefern.

Immunogenität und Schutzwirkung von MVA-MERS-S Impfungen im Kamel und neue zelluläre Barrieren zoonotischer, respiratorischer Viren auf Proteinebene

Förderkennzeichen: 01KI1723C
Gesamte Fördersumme: 523.516 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: PD Dr. Dr. Albrecht von Brunn
Adresse: Ludwig-Maximilians-Universität München, Medizinische Fakultät, Max von Pettenkofer-Institut für Hygiene und Medizinische Mikrobiologie
Pettenkoferstr. 9 a
80336 München

Immunogenität und Schutzwirkung von MVA-MERS-S Impfungen im Kamel und neue zelluläre Barrieren zoonotischer, respiratorischer Viren auf Proteinebene

Hier sollen Studien zur Evaluierung der Immunogenität und Schutzwirkung von MVA-MERS-S Impfungen im Kamel durchgeführt werden. Dabei sollen optimale Immunisierungsschemata im Kamel identifiziert werden, die effizient die Ausscheidung von MERS CoV durch das Kamel unterbinden. So soll die MERS Übertragung von Kamel auf Mensch verhindert werden. Das Zusammenspiel viraler und zellulärer Proteine gibt Hinweise auf für die Virusreplikation essentielle zelluläre Signalwege. Diese Kenntnisse werden genutzt, um eine neue, schnell anwendbare Hefe-2-Hybrid (Y2H) Bibliothek zu entwickeln, welche auf einer humanen "Kern" cDNA Bank mit Vertretern der wichtigsten bekannten, für die Virusreplikation benötigten zellulären Signalwege basiert. Als Testsystem für einen präpandemischen Virusausbruch wird eine virale Y2H Expressionsbank des MERS-CoV konstruiert und verwendet. Von den Proteinwechselwirkungen erwarten wir prädiktives Potenzial hinsichtlich Speziesbarrieren, Pathogenese und möglicher Prävention neu auftretender Erreger.

Effizienz der proteolytischen Aktivierung von respiratorischen Viren als Marker für pandemisches Potenzial

Förderkennzeichen: 01KI1723D
Gesamte Fördersumme: 319.346 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Prof. Dr. Stefan Pöhlmann
Adresse: Deutsches Primatenzentrum Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Leibniz-Institut für Primatenforschung
Kellnerweg 4
37077 Göttingen

Effizienz der proteolytischen Aktivierung von respiratorischen Viren als Marker für pandemisches Potenzial

Das Spike-Protein (S) des Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) vermittelt das Eindringen des Virus in Zellen. Dazu muss das MERS-CoV S-Protein (MERS-S) von einer Protease der Wirtszelle aktiviert werden. Neuere Arbeiten weisen darauf hin, dass die Serinprotease TMPRSS2 eine wichtige Rolle bei der MERS-S-Aktivierung spielt. Im Rahmen dieses Projektes soll untersucht werden, in wie weit die Effizienz der Aktivierung von MERS-S durch TMPRSS2 die Übertragbarkeit und das pathogene Potenzial von MERS-CoV-Isolaten vorhersagen kann. Diesem Ansatz liegt die Hypothese zugrunde, dass sich nur solche MERS-CoV-Varianten robust in Patienten und in der Bevölkerung ausbreiten können, die TMPRSS2 mit hoher Wirksamkeit für ihre Aktivierung nutzen.

Innate Immunity-Phänotyp von Viren

Förderkennzeichen: 01KI1723E
Gesamte Fördersumme: 400.478 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: Prof. Dr. Friedemann Weber
Adresse: Justus-Liebig-Universität Gießen, FB 10 - Veterinärmedizin, Institut für Virologie
Schubertstr. 81
35392 Gießen

Innate Immunity-Phänotyp von Viren

Typ I-Interferone (IFN-alpha/beta) und andere Zytokine stellen die erste Verteidigungslinie gegen virale Infektionen dar. IFN aktiviert die Expression von mehr als 300 sogenannten ISGs (IFN-stimulated genes), von denen einige in der Lage sind, Viren direkt zu hemmen. Pathogene Viren verhindern oft die Induktion des IFN, blockieren das von IFN ausgelöste Signaling, oder inaktivieren gezielt einzelne ISGs. Zudem können sie die Induktion pro-inflammatorischer Zytokine auslösen. Die Qualität und Stärke der IFN-und Zytokin-Induktion, IFN-Evasion und IFN-Sensitivität, zusammen als Innate Immunity-Phänotyp bezeichnet, ist ein wichtiger Virulenzmarker. Ziel dieses Teilprojektes ist es, Systeme für die Erfassung des Innate Immunity-Phänotyps prä-pandemischer respiratorischer Viren zu etablieren, um eine schnelle Risikoeinschätzung vornehmen zu können. Hierfür werden die Aktivierung von Zytokinen (inkl. IFN) und antiviralen ISGs gemessen, und für jedes untersuchte Virus ein IFN-Sensitivitätsprofil erstellt. Zudem wird eine Bibliothek an ISG-exprimierenden Zell-Linien generiert, um spezifische ISG-Resistenzen bzw. Sensitivitäten aufzudecken.

Laborbasierte Risikoabschätzung von präpandemischen viralen Atemwegserregern

Förderkennzeichen: 01KI1723F
Gesamte Fördersumme: 192.640 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2020
Projektleitung: PD Dr. Thorsten Wolff
Adresse: Robert Koch-Institut (RKI), Abt. für Infektionsepidemiologie
Seestr. 10
13353 Berlin

Laborbasierte Risikoabschätzung von präpandemischen viralen Atemwegserregern

Wenn Menschen an einem unbekannten, aus einer Tierquelle stammenden neuen respiratorischen Pathogen wie z. B. dem MERS Coronavirus erkranken, stellen sich eine Reihe von Fragen, die im Rahmen einer schnellen Risikobewertung geklärt werden müssen, um adäquate Ausbruchskontrollmaßnahmen im Public Health Sektor zu initiieren. Dies betrifft insbesondere das Potenzial des neuen Erregers zum Auslösen von schweren Erkrankungen und zur Ausbreitung in der menschlichen Bevölkerung. Zoonotische Übertragungen werden durch initial meist unbekannte Faktoren des Pathogens und des menschlichen Wirts ermöglicht. Erste Untersuchungen und Abschätzungen sollten daher nicht nur das neue Pathogen sondern idealerweise auch menschliche primäre Zellen bzw. Gewebe einbeziehen. Im Fall von MERS CoV gibt es bisher kein adäquates Tiermodell, das die pathophysiologischen Konsequenzen einer Infektion beim Menschen reproduziert. Daher lässt sich derzeit nicht genau abschätzen, wie hoch das relative Virulenzpotenzial der fünf im Tierreservoir zirkulierenden Viruslinien im Menschen ist. Das Projekt hat das Ziel, die innerhalb des Konsortiums vorliegenden MERS CoV-Varianten im etablierten Infektionsmodell mit explantiertem humanen Lungengewebe zu charakterisieren. Die gewonnenen Daten und Erfahrungen sollen beispielhaft zur Etablierung eines Bewertungsschemas für neue respiratorische Viren genutzt werden.

Validierung des Erfolges einer MVA-MERS-S Impfung bei Kamelen mittels pathologischer Untersuchung

Förderkennzeichen: 01KI1723G
Gesamte Fördersumme: 105.500 EUR
Förderzeitraum: 2017 - 2019
Projektleitung: Dr. Vanessa Herder
Adresse: Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, Institut für Pathologie
Bünteweg 17
30559 Hannover

Validierung des Erfolges einer MVA-MERS-S Impfung bei Kamelen mittels pathologischer Untersuchung

Das Middle East Respiratory Syndrome (MERS)-Coronavirus (CoV) stellt eine bedeutende Zoonose dar, die bei Kamelen und Menschen vorkommt und Schäden im Respirationstrakt verursacht. Ob Impfungen bei Kamelen erfolgreich eingesetzt werden können, soll untersucht werden. Hierfür werden die MERS-CoV-induzierten Läsionen bei geimpften und nicht-geimpften Tieren verglichen und die pathologischen Veränderungen des Respirationstraktes, die Entzündung und die Virusmenge in den Organen quantifiziert, um einen Erfolg durch die Impfung aufzuzeigen. Darüber hinaus sollen verschiedene Impfschemata bei den Kamelen getestet werden, um eine größtmögliche Effizienz der Vakzinierung zu erreichen. Kamele vor der Virusinfektion zu schützen und damit die Virusausscheidung zu reduzieren, ermöglicht es, die Menschen vor dieser schwerwiegenden, teils tödlich verlaufenden Virusinfektion zu bewahren und somit stellt dieses Projekt einen wesentlichen Teil des sogenannten "One Health"-Ansatzes dar.